[发明专利]光学构件、固态成像装置及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学构件和采用该光学构件的固态成像装置及其制造方法。

背景技术

关于包括电荷耦合器件(CCD，Charge Coupled Device)和互补金属氧化物半导体(CMOS，Complementary Metal-oxide Semiconductor)传感器的固态成像装置，通常是提供光学构件，例如芯片上透镜(OCL：On Chip Lens，也称为微型透镜)或内透镜等，并且将入射光聚集到光接收部分中。这里，对于光学构件，采用这样的构件，该构件具有利用斯涅耳定律(Snell′s law)的折射型透镜构造。

然而，应当注意的是，对于利用斯涅耳定律的折射型透镜构造，透镜自身很厚，例如约1μm或者更厚，从而该构造应用到固态成像装置的芯片上透镜或者内部聚光透镜时，装置上层变得很厚。因此，来自相邻像素的不希望的光入射(也称为倾斜入射光)增加，由倾斜入射光引起的颜色混合增加，并且因此色彩再现性变差。

而且，已有的芯片上透镜和内透镜的制造工艺包括大量的工序，例如回流抗蚀剂(reflowing resist)等，并且该制造工艺复杂，且成本高。另外，当通过回流制造这样的透镜时，只可以制造球面透镜，不能制造非对称的透镜形状，例如在横向方向上变形的透镜形状。

此外，当减少外部图像形成系统透镜的F值时，倾斜入射光增加，上层变厚，从而相对理想灵敏度的变差变得突出，并且因此不能获得原有的灵敏度(F值光灵敏度变差)。

而且，关于已有的芯片上透镜，聚光效率根据入射角而变差。就是说，垂直入射到芯片上透镜的光可以以高效率聚光，而倾斜入射光的聚光效率降低。关于由以二维方式排列的多个像素构造的固态成像装置，在入射光具有扩散角(spread angle)的情况下，在固态成像装置中心附近的像素与在固态成像装置周边上的像素之间入射角不同，并且因此这样的现象(阴影，shading)变得明显，其中与固态成像装置中心附近的像素相比较，固态成像装置周边上的像素的聚光效率变差，也就是，与装置的中心相比较，装置端部的灵敏度降低。

关于由倾斜入射光引起的色彩再现性变差，可以考虑进行用于恢复色彩再现性的计算处理，但是这会导致其中引起额外噪声的负面影响，并且图像质量变差。

此外，当减小外部图像形成系统透镜的F值时，引起其中倾斜入射光增加的F值光灵敏度变差的现象，从而上层变厚，并且从理想灵敏度的变差变得突出，因此，不能获得原有的灵敏度。

另一方面，作为用于解决其中上层变厚的问题以及灵敏度变差的一项技术，已经提出了采用菲涅耳透镜的配置(例如，见日本未审查专利申请公开No.2005-011969和日本未审查专利申请公开No.2006-351972)。

例如，关于日本未审查专利申请公开No.2005-011969所描述的配置，基于菲涅耳透镜构造了内部聚光透镜，该内部聚光透镜用于进一步会聚在上部透镜例如芯片上透镜会聚的光，并且使其进入光电转换单元。该透镜的特征在于，该透镜是折射型透镜，但是可以通过形成为波型而减少厚度。

而且，关于日本未审查专利申请公开No.2006-351972所描述的配置，聚光元件由多个具有同中心构造的分区区域(zone region)的结合构造，该分区区域用等于或者小于入射光的波长的线宽分割。其特征在于，聚光元件构造有具有两级同心圆构造为基础的分布折射率透镜(例如菲涅耳透镜)。

然而，应当注意的是，日本未审查专利申请公开No.2005-011969中描述的配置基于菲涅耳透镜的概念，并且因此该菲涅耳透镜是折射型，从而与波长量级(wavelength order)相比，其厚度的减少存在限制。

而且，为了制造这样的波型，甚至需要比通常的折射型透镜工艺更复杂的工艺，还提高成本。而且，只能制造球面透镜，从而设计中不能引入非对称。

另外，日本未审查专利申请公开No.2005-011969和日本未审查专利申请公开No.2006-351972的每个配置都基于菲涅耳透镜，从而倾斜进入一定区域的光没有聚集在某些情况下原本要聚集的点(详细情况稍后描述)。这降低了聚光效率，并且在散射的光进入相邻像素中的情况下还引起颜色混合。

发明内容